JPH10190395A

JPH10190395A - 圧電共振素子

Info

Publication number: JPH10190395A
Application number: JP34902796A
Authority: JP
Inventors: Toshifumi Kiyohara; 敏史清原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】圧電共振素子の外形寸法を小型化ができ、低
損失の共振特性が得られ、負荷容量を調整した場合、ス
プリアスの発生を有効に抑えることができる圧電共振素
子を提供する。【解決手段】平板状圧電基板１の両面に対向する振動電
極２ａ、２ｂを有する圧電共振素子１０において、前記
圧電基板１に厚み方向を貫く少なくとも１つの貫通穴３
を有することを特徴とする圧電共振素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電性セラミック
スの圧電効果を用いた圧電共振素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】圧電振動子は、電子機器、通信機器の発振
回路やフィルタ回路に用いられている。例えば、ＩＣチ
ップなどを駆動するための発振回路に圧電共振部品とし
て、また、各種信号の処理回路においては、フィルタ部
品として用いられている。

【０００３】圧電共振素子を用いたフィルタやレゾネー
タは、近年、映像信号や音声信号など通信情報量の大容
量化や自動車電話、移動体通信などの通信端末の多様化
に伴い、高選択、低損失、高信頼性の特性を有する圧電
共振素子の開発が望まれている。また、これら電子機器
の小型化に伴い、圧電共振素子もより小型のものが求め
られている。

【０００４】従来の圧電共振素子は、図５に示すよう
に、矩形状の圧電基板１の両主面に互いに対向する振動
電極２ａ、２ｂが形成されていた。

【０００５】このような圧電共振素子においては、圧電
基板１の分極処理などによって、屈曲振動、伸び振動、
拡がり振動などの各モードで振動する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、屈曲振
動、伸び振動、拡がり振動モードの圧電共振素子のよう
に、振動電極２ａ、２ｂに振動エネルギーが閉じ込もら
ない場合においては、共振特性によって圧電基板の外形
寸法が決定される。即ち、圧電共振素子の共振特性によ
り、圧電共振素子の用いる振動モードが決定する。従っ
て、圧電基板の形状の小型化を行う場合には、圧電基板
の材料の変更を行うしかなく、実際的には圧電共振素子
を小型化することができなかった。

【０００７】また、補償減衰量を調整する場合には、振
動電極２ａ、２ｂの形状を制御して負荷容量を制御して
いた。この時、圧電基板１の主面の形状に応じて、振動
電極２ａ、２ｂの形状は小さくなるため、振動電極２
ａ、２ｂ間で若干の位置ずれを起こすと、振動電極２
ａ、２ｂの外周部には、圧電基板１に斜め方向の電界が
加わり、屈曲振動モードのスプリアスが発生してしま
う。その結果、共振特性が変動してしまうという問題が
あった。

【０００８】本発明は上述の課題に鑑みて案出されたも
のであり、その目的は、スプリアスを防止し、低損失の
共振特性が得られ、しかも、小型化することが可能な圧
電共振素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、厚み方
向を貫く貫通穴が形成されている平板状圧電基板の両主
面に互いに対向する振動電極が形成されていることを特
徴とする圧電共振素子である。

【００１０】

【作用】本発明によれば、圧電基板の厚み方向を貫く貫
通穴を形成することにより、圧電共振素子自身の剛性を
下げることができる。これによって、従来と同一外形寸
法の圧電共振素子に比較して、共振周波数を低下させる
ことが可能となる。

【００１１】上述したように、共振特性は圧電共振素子
の形状によって大きく依存するが、共振周波数を低下さ
せることができることにより、所定の共振周波数におい
ては、逆に圧電共振素子の外形寸法を小さくすることが
できる。

【００１２】また、貫通穴部分では負荷容量は発生しな
いため、圧電基板の両主面に形成した振動電極の形状を
変更することなく、負荷容量を小さくすることができ
る。即ち、圧電基板の主面に貫通穴の開口部分を除く全
面に振動電極を形成することができるため、従来のよう
な振動電極の外周で発生する斜め方向の電界が発生しな
いため、スプリアスへの周波数移動を抑止し、低損失で
安定に共振特性を導出できることになる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電共振素子を図
面に基づいて説明する。

【００１４】図１は、本発明の圧電共振素子の外観斜視
図であり、図２はその断面図である。

【００１５】尚、図では、圧電基板に１つの貫通穴を形
成した例で説明する。

【００１６】図において、１０は圧電共振素子、１は圧
電基板、２ａ、２ｂは振動電極であり、３は貫通穴であ
る。

【００１７】圧電基板１は、例えばチタン酸ジルコン酸
鉛（Ｐｂ（Ｚｒ_XＴｉ_X-1）Ｏ₃（以下、ＰＺＴとい
う）) などの圧電セラミックからなり、概略矩形状とな
っている。尚、圧電基板１は、振動モードに応じた分極
処理が施されている。

【００１８】振動電極２ａ、２ｂは、圧電基板１の両主
面の全面にＡｇ系（Ａｇ単体やＡｇ−ＰｄなどのＡｇ合
金）を主成分とする導電性ペーストの焼きつけにより形
成される。

【００１９】貫通穴３は、圧電基板１の両主面に開口す
るように、基板１の略中央部分を、その厚み方向を貫く
ように形成されている。具体的には貫通穴３の直径は例
えば１．６ｍｍである。貫通穴３の内壁面は、圧電基板
１のセラミックがそのまま露出している。

【００２０】このような圧電共振素子１０は、対向する
振動電極２ａ、２ｂ間に交番電圧を印加して用いられ
る。

【００２１】以上の構成の圧電共振素子１０では、圧電
基板１の中央部に貫通穴３が設けられているので、圧電
基板１の剛性を低下して、変形し易くなる。これによ
り、共振周波数が下がり、その結果として、より小型の
圧電共振素子が得られる。具体的には、圧電基板１に少
なくとも１つの貫通穴３を設ける構造では、同一の外形
寸法を有する従来の貫通穴３を有さない構造に比べて、
共振周波数を低下させることができる。これは、同一の
共振周波数の圧電共振素子では、本発明による構造の圧
電共振素子の外形寸法を、従来品に比較より小さくする
ことができることを意味する。

【００２２】さらに、負荷容量を調整する場合には、従
来の構造では、圧電基板の両主面に形成する一方または
両方の振動電極の形状、特に振動電極どうしの対向面積
を制御していた。即ち、所定形状の振動電極の周囲で
は、圧電基板に斜め方向の電界が加わり、屈曲振動モー
ドのスプリアスが発生していたが、本発明の圧電共振素
子においては、圧電基板１の両主面の略全面に振動電極
２ａ、２ｂを形成することができるため、両振動電極の
対向ずれなどによる電極周囲での斜め方向の電界が発生
せず、スプリアスが発生しない。

【００２３】本発明において、負荷容量の制御は、貫通
穴３の開口寸法や位置、数などで制御で達成できる。そ
の結果として、従来のように振動電極の位置ずれによる
屈曲振動モードのスプリアスの発生を抑止し、常に安
定、且つ正常な発振を行う圧電共振素子が得られる。

【００２４】尚、このような圧電共振素子１０を単体と
して圧電レゾネータとして、また、複数圧電共振素子１
０を組み合わせることにより、圧電フィルタとして用い
ることができる。

【００２５】次に、本発明の圧電共振素子の製造方法を
説明する。

【００２６】まず圧電基板１を形成する。例えば、所定
の電気特性が得られるように調合したＰＺＴ系セラミッ
ク原料を湿式混合し、この混合物を脱水、乾燥した後、
８００〜１２００℃で１〜３時間仮焼し、当該仮焼物を
再びボールミルで粉砕する。

【００２７】この粉砕物に有機バインダーを混合し、ド
クターブレード法、あるいは押し出し成形法等で所定厚
みの大型圧電シート体を形成する。このシート体は、切
断分離されて複数の圧電共振素子となる。

【００２８】次に、この大型シート体の両主面に、対向
振動電極２ａ、２ｂとなるＡｇ系導電性ペーストを印刷
する。

【００２９】次に、各素子領域に対応して、貫通穴３を
金型プレスで打ち抜き形成する。次に、大気中において
所定温度で脱バインダーを行い、大気中で１２００〜１
３００℃の温度にて２〜６時間焼成する。これにより、
大型シート体は、振動電極２ａ、２ｂ、貫通穴３が形成
された大型圧電基板となる。

【００３０】次に大型圧電基板の振動電極２ａ、２ｂ上
に、１５０℃程度で硬化するポリマーを含んだＡｇペー
スト（導電性樹脂ペースト）を印刷し、硬化後、所定温
度のシリコンオイル中で３ＫＶ／ｍｍ程度の電界を印加
して分極処理を行う。

【００３１】その後、分極処理用の導電性樹脂層を除去
する。これにより、分極処理された大型圧電基板が達成
されることになる。

【００３２】次に、大型圧電基板を、各所定圧電共振素
子の形状に応じてワイヤーソーやダイシングソーにより
切断・分離を行う。これにより、図１〜図２に示す圧電
共振素子となる。

【００３３】尚、分極を安定化させるために、分極処理
後１５０〜２５０℃で１時間の熱エージングを行っても
良い。

【００３４】

【実施例】本発明者は、本発明品として、外形寸法が長
さ３．４１ｍｍ、幅３．４１ｍｍ、厚み０．５１ｍｍ
で、主面の中央部に直径１．６ｍｍの貫通穴３が形成さ
れた拡がり振動モードの圧電共振素子を作成した。この
圧電共振素子の共振周波数が３９８ｋＨｚであり、反共
振周波数が４３１ｋＨｚであった。

【００３５】また、上述の共振特性と同一特性となる貫
通穴を形成していない圧電共振素子（比較品１）を検討
した。この場合には、外形寸法が長さ４．８２ｍｍ、幅
４．８２ｍｍ、厚み０．５１ｍｍとなってしまう。

【００３６】また、上述の外形寸法が長さ４．８２ｍ
ｍ、幅４．８２ｍｍ、厚み０．５１ｍｍの圧電基板の一
方主面の全面に振動電極を、他方主面に長さ３．４１ｍ
ｍ、幅３．４１ｍｍの振動電極を形成して（比較品
２）、スプリアスの発生状況を調べた。

【００３７】上述の本発明品では、圧電基板１の両主面
の略全面（貫通穴の開口部分を除く）に振動電極２ａ、
２ｂが形成されており、スプリアスの発生が認められな
かったものの、比較品２では、共振周波数３９８ｋＨｚ
に対して、４２０ｋＨｚ前後にスプリアスが発生してし
まう。

【００３８】上述の実施例では、圧電基板の略中央部分
に厚み方向を貫く１つの貫通穴３を形成しているが、上
述したように、貫通穴の形状、数は負荷容量の制御によ
って種々変更される。

【００３９】例えば、例えば拡がり振動モードの圧電共
振素子においては、略中央に開口形状が概略矩形状の貫
通穴を設けてもよい。また、図３に示すように、複数の
貫通穴３・・・を略中央部分に配置してもよい。この図
３に示す圧電共振素子では、素子の中心部分に貫通穴３
が形成されてないため、例えば４５５ＫＨｚフィルタな
どのように圧電共振素子を突起部を有するバネ端子で挟
持する場合に好都合である。

【００４０】さらに、屈曲振動モードの圧電共振素子に
おいては、図４に示すように、圧電共振素子の長手方向
に沿って長尺状の貫通穴３を形成しても構わない。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、平板状圧電基板の両面に
対向する振動電極を有する圧電共振素子において、前記
圧電基板に少なくとも１つの貫通穴を有することによ
り、圧電共振素子の外形寸法を小さくすることができ、
しかも、負荷容量を調整した場合においても、スプリア
スへの周波数移動を抑止し、低損失で安定に共振特性を
導出できる圧電共振素子となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電共振素子を示す外観斜視図であ
る。

【図２】本発明の圧電共振素子を示す断面図である。

【図３】本発明の他の圧電共振素子を示す外観斜視図で
ある。

【図４】本発明の他の圧電共振素子を示す外観斜視図で
ある。

【図５】従来の圧電共振素子を示す外観斜視図である。

【符号の説明】

１０・・圧電共振素子１・・・圧電基板２ａ、２ｂ・・・振動電極３・・・貫通穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み方向を貫く貫通穴が形成されている
平板状圧電基板の両主面に互いに対向する振動電極が形
成されていることを特徴とする圧電共振素子。